1:12型铁基永磁材料的理论研究

Based on the density functional theory (DFT) and using the scheme of the linearized augmented plane wave and the improved local orbital (APW+lo), we will study and calculate the structure, energy, magnetism and electronic structure of the iron-based permanent magnetic material with ThMn12-type, and to investigate the affection of components and content for magnetic structure and property. By studying the 3d electron electronic structure of iron-based permanent magnetic material with different components and content, we will lay a theoretical foundation for the designing and synthesis of the novel iron-based permanent magnetic material.

基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)，采用全势线性增强平面波结合改进的局域轨道和广义梯度近似方法，计算研究具有ThMn12结构的铁基磁性材料的晶体结构、能量、电子能带、态密度和磁性质，探讨不同组分、不同含量掺杂对化合物的晶体结构、能量和电子能带的影响及其与材料磁结构和性质之间的关系。对铁基磁性材料中的3d电子在不同组分和不同掺杂量的电子行为做出理论探究和描述，通过研究铁基磁性材料的结构、电子行为与物性之间的关系，为设计合成新型高性能的磁性材料奠定理论基础。

项目主要基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)，采用全势线性增强平面波结合改进的局域轨道和广义梯度近似方法，研究计算了一系列可能成为新一代永磁材料的具有ThMn12晶体结构铁基磁性材料的晶体结构、能量、电子能带、态密度和磁性质。对于ThMn12结构的纯二元体系不能存在的原因给出了进一步的理论解析，同时证明了只有当第三元素进入体系时才能稳定存在的物理学原因主要是由于其结合能的增加而导致体系总能降低，按照能量最低原理而稳定。对这一系列替代元素的加入，特别是第四周期的十个过渡元素（Sc、Ti、V等）对于体系的晶体结构、能量、电子能带、态密度和磁性质的影响做出了理论分析。在此过程中主要分析了过渡元素的3d电子对于体系电子结构和磁结构的影响，发现不同的替代元素对于体系的影响不仅仅是由于替代元素由于包含不同的3d电子而带来的影响，还在于其3d电子和母体中的Fe原子中的电子发生耦合作用从而使其整体磁性发生变化，并同与此相对应的磁性质特别是体系的系统磁矩和原子磁矩做出了计算和分析。对于替代元素对于1：12型永磁材料磁性能的影响，除了不同替代元素影响外，还在于替代元素的含量对于体系的影响，我们对于以YFe12为母体进行了不同含量过渡元素的掺杂计算，其中主要以实验中常见的Ti、V、Cr等元素。加入第三方元素M后，YFe12-xMx的系统能量下降，形成稳定的ThMn12型结构，但这个过程并不是持续的，往往在M增加到一定量后，其体系的能量又进一步升高，其含量也达到峰值，这也和实验现象一致。此外我们分析讨论了第三方元素M对于系统的磁性质、电子能带结构、原子占位的影响，并把计算得到的晶体结构，原子占位以及系统磁矩与实验结果进行了比较，结合度较好。